山區公路水庫路段岸坡坍塌預測及處治淺析

陳裕邦

【摘 要】公路在庫區路段布線，由于處于復雜的工程環境，路基受庫區動水力、巖土性質、邊坡形式等影響，路基邊坡易變形、坍塌。在公路前期設計時，預測出水庫路段坍岸影響范圍，從而進行避讓或提前進行有效處治，保證路基的安全、穩定。

【關鍵詞】水庫;坍塌;支護

中圖分類號： TV554文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）16-0197-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.086

Prediction and Treatment of Bank Slope Collapse of Highway Reservoir Section in Mountain Area

CHEN Yu-bang

（Gansu Transportation Planning and Design Institute Co.， Ltd.， Lanzhou Gansu 730000， China）

【Abstract】Because of the complex engineering environment， the roadbed is affected by the dynamic hydraulic power， geotechnical properties and slope form of the reservoir area， and the subgrade slope is easy to deform and collapse. In the early design of highway， the influence range of bank collapse of reservoir section is predicted， so as to avoid it or deal with it effectively in advance， so as to ensure the safety and stability of subgrade.

【Key words】Reservoir; Collapse; Support

0 概述

隨著我國交通路網的不斷完善和交通事業的發展，對于貧困和偏遠地區的公路建設不斷增加，山區公路和沿河公路以及沿庫區公路得以改建或新建。山區公路受地形、地質限制，基本以沿地形展線為主。典型情況為兩山夾一溝，公路沿溝展線，形成沿溪線。由于沿溝水流比降，溝下游路段常遇水庫存在，此路段路基受到常年或季節性浸水、河流的淘蝕和搬運的作用，造成路基邊坡穩定性下降，對駕乘人員的安全和財產造成一定的影響。

公路在庫區路段布線時，受水流沖刷、波浪侵蝕影響，土質邊坡發生坍塌破壞，原有自然平衡條件遭到破壞，溝岸或路基邊坡易導致變形、坍塌，因此，對水庫路段岸坡進行坍塌預測及提前支護處治，關系著路基的安全、穩定。筆者以省道313線宕昌（南河）至迭部二級公路所經水泊峽水庫、斑鳩水庫等多處水庫為案例，針對其處理方案，對山區公路水庫路基岸坡坍塌預測及處治方案進行探討。項目中水泊峽路段，路基左側為水庫，右側山體陡峻，巖層破碎，經常發生崩塌、碎落等不良地質現象，舊路存在20cm的裂縫，并且在不斷擴張，其中有60m路基左側形成臨空面，僅限一個車道通行，路基存在失穩坍塌的危險隱患。斑鳩水庫路段，根據地質分析，本段屬于斷層區，路基位于河流凹陷線位處，當水流流動時，路基處于頂沖位置。本路段路基處在堆積層上，堆積層與斷層破碎帶存在軟弱夾層，由于電站運營，導致水位升降，水流流動帶走路基土中細顆粒填料，從而導致路基滑移，形成塌岸現象。

1 影響岸坡邊坡穩定的主要因素

1.1 波浪作用

影響塌岸的主要外因為波浪作用。在水庫蓄水、運行過程中，風浪及地表水沖刷作用下，地形坡度較陡的岸坡的土體和巖石不斷被沖刷、淘蝕，造成土體直接被水流搬運帶走，巖石表面不斷風化侵蝕而剝落，造成原有岸坡失穩。坍落物堆積形成淺灘，直至波浪無力沖擊岸壁與塌落物時，塌岸作用結束，進入穩定狀態。

1.2 邊岸的地質形態構造

根據水庫以往邊岸的情況，一般邊岸較陡、高度較高路段，都是形成塌岸較為嚴重路段。一般岸嘴由于受到多面風浪的侵蝕，塌岸寬度較大。凹岸和平直岸段較為輕微。岸坡上陡下緩路段，淺灘不易形成，塌岸發展速度較快。

1.3 水位變化

水位變化主要為水庫運營過程中蓄水、放水造成水位變化和雨水下滲造成地下水位變化兩個方面。蓄水、放水過程中，邊岸土質和巖石受到水位變化的干濕影響，同時受到風蝕和日照作用下，易產生風化破碎現象，導致巖石破壞塌落。水位漲落幅度越大，邊岸破壞范圍越大。雨季地下水水位變化主要是由雨水隨裂縫滲入土體或巖石裂隙，造成土內含水量增加，失穩后造成坍塌。

1.4 淤積影響

淤積影響主要指邊岸形成淺灘的時間對塌岸的影響。一般快速形成淤積而產生淺灘路段，塌岸寬度均較小。形成塌岸主要集中在蓄水期前4年，因此，了解掌握水庫蓄水時間是非常必要的。

2 水庫路段路基設計原則

水庫路段路基勘測過程中應收集水庫設計水位、淹沒范圍、氣象等資料。詳細測繪水庫水位變化幅度范圍內的地形、地貌及地質及受水庫影響情況。設計過程中首先應考慮路基高度應能滿足設計洪水頻率水位要求;其次應保證路基邊坡的穩定性。在設計過程中應充分考慮水庫水位變幅帶內受到風浪的侵襲、沖擊和淘蝕。

3 休止角的確定

路基工程中，安全系數為K=1，α=φ時，抗滑力等于滑動力，土體處于極限平衡狀態，達到自然休止角，此時相應的坡角就等于無粘性土的內摩擦角。庫區段邊坡，自然休止角α受動水力的作用，與靜止狀態邊坡存在不同，找出α影響范圍，并進行避讓或提前支護，有利于工程的順利實施及安全運營。

水庫路段岸坡受水庫沖刷、洪水季節推移力、水體浮力、冰壓力、凹岸沖刷及水位變化等綜合影響，簡稱動水壓力（D=rw·I·A），休止角不斷的變化，因此，對最不利休止角范圍的確定關系著項目成敗。一般而言，休止角最不利下滑點選在水庫設計低水位+低水位時波浪沖刷深度處，通過K=M抗/M滑=（f∑Nc+clc+fb∑Nb+cblb）/（∑Tc+∑Tb），K>1.25，驗算得到休止角，路基在休止角外側通過，或在休止角范圍通過開挖至穩定土層進行支護保障路基的穩定、安全。

4 坍岸預測

路線通過水庫區，對于庫區兩側山體的土質的物理力學性質，必須取樣通過試驗確定，以作為預測坍岸的依據。

在坍岸預測時，需綜合考慮水庫風速（v=風速比值×陸地風速）、浪高2h=0.073KW，波浪侵襲高hz=3.20K0（2h）tga等影響因素，從而計算得到波浪沖刷深度hd=2.5h/d。

對于土質路段，通過計算確定得到的休止角α，受降雨量、土質性質、表面植被綜合影響，計算所得α須增加2-2.5倍確定。

泥沙淤積嚴重路段，應采用穩定淤積高程，作為計算起點，通過地勘資料確定的勻質土或非勻質土進行計算，得到坍塌棱體范圍。

岸質路段，一般坍岸較少，主要取決于巖層的風化速度，內摩擦角等確定穩定岸坡角。

5 處治方案

當公路通過庫區段以路基形式通過時，在預測坍岸段，可進行繞避或加強邊坡處治措施。對于路基繞避方案不可行時，坍岸邊坡主要采用以下處治方式：

（1）放緩邊坡并進行邊坡加固：路基通過坍岸段，放緩邊坡，一般大于1：1.75，并沿豎向每高約6-8m設置一處邊坡平臺，平臺寬度不小于2m。坡面設置現澆混凝土護坡，其下設置天然砂礫反濾層，以防止水土流失。設置護坡可在水庫水位下落時地下水能較為順暢地排出坡提，不會造成護坡體過大的水壓力，保證了岸坡的穩定。同時為了避免護坡基礎受到水流沖刷，可在基礎外側設置石籠。

（2）設置擋土墻：U形深窄庫區段，展線時多以挖方通過，對于邊坡臨庫處，采用沿坡面開挖至預測休止角外側安全范圍，設置擋墻對路基進行支護。擋土墻適合于下伏完整基巖，土層小于6m的土質或混合型岸坡。此種方式是運用最廣、造價較低的支擋工程。正常水位以下宜采用普通擋土墻，正常水位以上考慮加筋擋土墻。

（3）設置抗滑樁：因庫區水位不斷起落影響，帶走階地前緣土體，部分坡積體受軟弱面影響產生滑坍，通過設置抗滑樁保證土體穩定。對于具有軟弱夾層的易滑巖石邊坡或土層大于10m，地標有明顯的破壞變形跡象或已發生滑動路段，宜采用抗滑樁。其優點是可以抵擋較大的推力，治理效果好，缺點是界面大、埋深長、造價高。省道313線斑鳩水庫塌岸路段土質岸坡厚8-10m，長200m，采用抗滑樁進行處理，共布設抗滑樁42根，樁長25m，直徑1.5m，樁間距5m，嵌入巖層平均深度10m。

（4）橋梁跨越：部分庫區段受實際地形限制，支護困難，要進行路基處理時，代價極其高昂，針對此種情況，采用橋梁方式通過，避免過渡支護及保證運營安全。

（5）錨桿、錨索框格防護：路基通過土層大于6m，坡度較陡的土質，以及強風化的巖石岸坡穩定性較差路段。休止角影響范圍受風化、破碎影響，巖石易崩坍變形，采用錨桿、錨索框格對邊坡進行加固，保證邊坡的穩定、安全。采用預應力錨桿或錨索框格防護中現澆混凝土框格起到傳力作用，框格梁與坡面的接觸面積大，可減小坡面反力，同時它的整體剛度大，使坡面的受力、變形較均勻。因此，此方法適用于松散堆積層滑坡的治理。

6 結語

公路通過庫區時，應從庫岸再造影響因素入手進行多因素治理設計，根據庫岸再造速度、特點、庫水位變化等，分段分區設計防護工程，根據實際地形、地質、水文條件，應用科學的方法，提前預測休止角的影響范圍，在搜集水庫資料、工程地質和水文地質調查后，采取針對性的處治方案，可有效保障后期路基安全，關系著項目的成敗，意義重大。省道313線宕昌（南河）至迭部二級公路所經庫區綜合采用橋梁、擋墻、抗滑樁等多種處理方案，經過約10年的運營，現有路基安全穩定，說明水庫路段的處理方案是可行的。

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